1　方案概述

    太陽(yáng)能光伏電站主要由光伏電池陣列、匯流箱、低壓直流柜、逆變柜、交流低壓柜、升壓變壓器等組成，最后產(chǎn)生的高壓交流并入電網(wǎng)。隨著(zhù)光伏發(fā)電在中國的持續建設和投入，如何提供全站設備的本地和遠程運行監控和管理、視頻監控，以及按照規定的協(xié)議進(jìn)行數據傳輸，是電站業(yè)主和電網(wǎng)公司所共同關(guān)心的問(wèn)題。

    根據市場(chǎng)的分析，光伏電站監控系統面臨的主要問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：

    （1）現場(chǎng)一般采用的是不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品，現場(chǎng)設備種類(lèi)繁多，通訊協(xié)議不一致，如何實(shí)現集中的監控和管理？

    （2）大型電站的測點(diǎn)數量級達萬(wàn)點(diǎn)以上，如何保證數據采集的速率和準確性，以及歷史數據的海量存儲、分析、查看？

    （3）將現場(chǎng)數據接入信息層時(shí)，面臨著(zhù)病毒、惡意軟件的入侵，如何保證整個(gè)系統的安全性？

    （4）分散的光伏電站各個(gè)子系統相互獨立，如何整合成一個(gè)統一的平臺以消除信息孤島？

    力控科技根據這些需求和難點(diǎn)，提出了光伏電站SCADA系統綜合解決方案，其SCADA系統作為整個(gè)電站對外、對內數據交換的接口，對上具備解析調度指令，對下具備數據采集、數據記錄分析、設備報警、Web發(fā)布等功能。同時(shí)可以根據具體項目的要求，對國網(wǎng)公司地方調度，或者其它如鑒衡認證中心、北京市節能環(huán)保中心等職能機構按照規定的協(xié)議進(jìn)行數據傳輸，從而實(shí)現對光伏電站完整、統一的本地和遠程運行監控、數據的集中管理，給電站業(yè)主和電網(wǎng)公司提供了方便的管理。

    2　系統方案設計

    2.1　系統設計的原則

    （1）可擴展性—系統的設計上一方面要全面滿(mǎn)足當前環(huán)境下的需求及未來(lái)一段時(shí)間的應用需求，另一方面要能方便地進(jìn)行功能擴展，可靈活增添刪減功能模塊。

    （2）可集成性—從技術(shù)發(fā)展角度和用戶(hù)需求來(lái)看，軟件結構本身應能與其它應用系統集成，做到信息共享和資源共享。

    （3）互操作性—支持各種主流實(shí)時(shí)數據庫的數據接口，并通過(guò)標準關(guān)系數據庫接口(ODBC，OLE DB)實(shí)現與其它系統的數據集成。平臺的開(kāi)放性保證了今后可從生產(chǎn)管理系統的不同數據模塊中裁剪不同的功能，以滿(mǎn)足某個(gè)特定任務(wù)的需要，實(shí)現互操作。

    2.2　設計規范

    下列文件對于本方案的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本方案。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

    GB/T 12325—2008 電能質(zhì)量 供電電壓偏差
    GB/T 12326—2008 電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變 
    GB/T 13729—2002 遠動(dòng)終端設備
    GB/T 13730—2002 地區電網(wǎng)調度自動(dòng)化系統
    GB/T 14549—1993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波
    GB/T 15543—2008 電能質(zhì)量 三相電壓不平衡
    GB/T 15945—2008 電能質(zhì)量 電力系統頻率偏差
    GB/T 19939 光伏系統并網(wǎng)技術(shù)要求
    GB/Z 19964 光伏發(fā)電站接入電力系統的技術(shù)規定
    GB/T 20046—2006 光伏(PV)系統 電網(wǎng)接口特性
    GB 50217 電力工程電纜設計規范
    JB/T 5777.2—2002   電力系統二次電路用控制及繼電保護屏（柜、臺）通用技術(shù)條件
    DL/T 634.5101   遠動(dòng)設備及系統 第5-101部分：傳輸規約 基本遠動(dòng)任務(wù)配套標準
    DL/T 634.5104   遠動(dòng)設備及系統 第5-104部分：傳輸規約 采用標準傳輸協(xié)議集的IEC 60870-5-101網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)
    DL/T 667   遠動(dòng)設備及系統 第5部分：傳輸規約 第103篇：繼電保護設備信息接口配套標準
    DL/T 5136—2001 火力發(fā)電廠(chǎng)、變電所二次線(xiàn)路設計技術(shù)規程
    DL/T 5137—2001 電測量及電能計量裝置設計技術(shù)規程
    DL/T 5149   220 kV～500 kV變電所計算機監控系統設計技術(shù)規程

    3　系統方案設計

    本方案中包括三個(gè)核心部分，分別是調度中心、站控和網(wǎng)絡(luò )結構。力控光伏電站SCADA系統調度中心完成了對分散的光伏電站子系統的全面數據的采集存儲、歷史備份、WEB發(fā)布，實(shí)現了光伏電站的遠程運營(yíng)與維護。站控系統完成的是本地光伏發(fā)電系統的監控和管理，并且為調度中心提供數據，網(wǎng)絡(luò )結構的設計為數據的集中采集以及安全提供了保障。

    3.1　光伏發(fā)電SCADA系統拓撲結構（如圖1所示）

                    
                                  圖1 光伏發(fā)電SCADA系統拓撲結構

    3.2　光伏發(fā)電SCADA系統特點(diǎn)

    整體方案架構體系包括五層：現場(chǎng)設備層、網(wǎng)絡(luò )層、站控層、調度層和信息層，整體采用光纖以太網(wǎng)絡(luò )實(shí)現互聯(lián)。

    （1）現場(chǎng)設備層由逆變器、配電與計量設備、匯流箱、氣象監測儀、電池板組件、變壓器等組成。

    （2）站控層由監控主機（配組態(tài)軟件ForceControl）、采集網(wǎng)關(guān)pFieldComm組成，提供子站所有設備的接入、監控和管理、視頻監控，以及將數據上傳到調度層。

    （3）網(wǎng)絡(luò )層由現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )交換設備、網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路等構成，提供全站運行和監控設備的互聯(lián)與通信。

    （4）調度中心由實(shí)時(shí)歷史服務(wù)器（配實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace）、Web服務(wù)器、打印機等組成，實(shí)現對分散的光伏電站子系統的海量數據的采集、歷史數據存儲、WEB發(fā)布等。

    （5）信息層由WEB客戶(hù)端、手機客戶(hù)端、遠程訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器、安全網(wǎng)關(guān)（pSafetyLink）等組成，使用者可以對自己關(guān)心的數據進(jìn)行遠程訪(fǎng)問(wèn)和管理，并且能保證調度層系統的安全性。

    4　系統平臺選型

    4.1　光伏發(fā)電SCADA系統調度中心平臺選型

    基于方案設計以及需求分析，光伏發(fā)電SCADA系統調度中心平臺推薦使用力控企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數據庫pSpace，這是一款高性能、高吞吐能力、可靠性強、跨平臺的實(shí)時(shí)/歷史數據庫系統，同時(shí)具備以下特點(diǎn)：

    （1）海量的數據存儲，單節點(diǎn)支持百萬(wàn)級測點(diǎn)，適用測點(diǎn)多的環(huán)境，以及針對電站分布廣的特點(diǎn)做集中管理。 

    （2）豐富的設備采集接口，支持主流DCS、PLC、DDC、現場(chǎng)總線(xiàn)、智能儀表等設備，并提供驅動(dòng)定制，適合現場(chǎng)設備種類(lèi)多的情況。 

    （3）支持變量在線(xiàn)組態(tài)，滿(mǎn)足現場(chǎng)隨時(shí)增加測點(diǎn)的需求。
 
    （4）開(kāi)放式架構，可任意組建應用模式，支持C/S、B/S架構，并且提供豐富的客戶(hù)端應用工具。

    （5）具有豐富的數據接口Phi，它是一種用來(lái)在pSpace實(shí)時(shí)數據庫以及關(guān)系數據之間進(jìn)行數據轉儲的工具，它能夠方便的將pSpace中的數據進(jìn)行統計并轉存到關(guān)系數據庫中，從而減少了歷史查詢(xún)給pSpace性能帶來(lái)的壓力，并為上層分析功能應用提供了一個(gè)新的查詢(xún)歷史數據入口，經(jīng)過(guò)統計后的數據能更方便的被上層應用所用。

    （6）具備協(xié)議轉發(fā)功能，即可以根據規范，如《可再生能源建筑應用示范項目數據監測系統技術(shù)導則》，將數據上傳。

    4.2　光伏發(fā)電SCADA系統安全平臺選型

    在提供web瀏覽以及數據上傳轉發(fā)的同時(shí)，面臨著(zhù)病毒、惡意軟件的入侵，為了保障光伏發(fā)電SCADA系統的安全性，使用力控的安全網(wǎng)關(guān)pSafetyLink，其雙獨立主機系統分為控制端和信息端，分別接入過(guò)程控制系統網(wǎng)絡(luò )和管理信息系統網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)兩主機之間采用PSL專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )隔離技術(shù)，在保證數據快速交互的同時(shí)徹底阻斷了網(wǎng)絡(luò )的連接，保證了站控層過(guò)程控制系統網(wǎng)絡(luò )的安全。

    4.3　光伏發(fā)電站控系統平臺選型

    站控系統可以分為有人值守和無(wú)人值守，其共同特點(diǎn)是都需要采集本地的數據，并且把數據統一上傳到調度中心，不同點(diǎn)在于有人值守需要做本地采集顯示，歷史數據的存儲分析等。

    4.3.1　有人值守站控系統平臺選型

    有人值守站控系統選擇監控組態(tài)軟件ForceControl其特點(diǎn)如下：

    （1）用戶(hù)界面友好，功能模塊化，組態(tài)方便。

    （2）可支持IEC101、IEC103、IEC104、ModBus-RTU、ModBus-TCP、CAN2.0 等標準通信規約，實(shí)現數據的交互，并且具備支持其他廠(chǎng)家特殊規約的開(kāi)發(fā)能力，例如南瑞、南自等。

    （3）數據采集通訊控制單元支持接口類(lèi)型包括RS-232、RS-485、CAN2.0、ModBus-RTU、ModBus-TCP，通過(guò)規約轉換采集數據；

    （4）系統異常信息實(shí)時(shí)告警，并提供多種告警方式，同時(shí)將報警信息進(jìn)行存儲；

    （5）豐富的報表和曲線(xiàn)展示，軟件支持報表打印、導出等功能；

    （6）軟件可支持Web 訪(fǎng)問(wèn)及發(fā)布功能。

    4.3.2　無(wú)人值守站控系統平臺選型

   無(wú)人值守的環(huán)境一般比較偏僻或者惡劣，推薦使用力控的采集網(wǎng)關(guān) pFieldComm。